[发明专利]一种高动态自屏蔽脉冲涡流检测探头及缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种高动态自屏蔽脉冲涡流检测探头及缺陷检测方法，该探头包括外部盘式激励线圈、内部覆盆式有源自屏蔽线圈、高精度磁场传感器和环形磁场梯度传感器阵列；盘式激励线圈和覆盆式有源自屏蔽线圈同轴放置，与外部电源的连接方式为反向串联，工作时内部电流等大反向；盘式激励线圈和覆盆式有源自屏蔽线圈在探头下方产生大范围正向入射磁场和局部反向屏蔽磁场；高精度磁场传感器位于探头底部轴心处，该处的入射磁场相互抵消，磁场传感器仅拾取被测体内部涡流磁场的垂直分量；环形磁场梯度传感器阵列位于探头底部激励线圈和盘式线圈之间，拾取磁场梯度信号，该探头屏蔽了脉冲涡流检测信号中对无效的线圈磁场，平衡了入射磁场在被测体内的分布，实现了高精度的脉冲涡流检测。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种金属构件缺陷检测的高动态自屏蔽脉冲涡流检测探头及缺陷检测方法。

背景技术

脉冲涡流检测中，缺陷响应集中在检测信号上升段，在脉冲激励关断前检测信号逐渐趋于一致，因此往往需要通过差分处理才能提取到检测信号上升段的缺陷响应特征。传统方案中，由于磁场传感器同时拾取了线圈磁场和涡流磁场的信息，因此检测信号中存在大量的无效成分，差分处理获得的差分信号的幅值远小于检测信号。测量中，量程与精度不可兼得，检测信号中线圈磁场的存在极大浪费了磁场传感器的量程，限制了检测探头的动态范围。因此，如何屏蔽无效信息，提高检测信号的利用率和检测探头的动态范围是脉冲涡流检测中的一项重要工作。

由于激励线圈入射磁场随被测体深度逐渐衰减的分布特性，脉冲涡流检测中，金属构件表面缺陷的响应往往远大于内部深层缺陷，使得内部深层缺陷极易被表面缺陷所掩盖，存在重大的安全隐患。因此，如何提高内部深层缺陷的检出率，尤其是与表面缺陷共存情况下的检出率也是脉冲涡流检测中的一项重要工作。精确调控入射磁场在被测体内部的分布，提高内部深层缺陷的相对响应大小，实现不同深度缺陷信号特征响应大小的有效平衡，是提高与表面缺陷共存情况下内部深层缺陷检出率的重要途径。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的检测信号利用率不足，内部深层缺陷相对响应低、易被表面缺陷掩盖的问题，本发明的目的在于通过有源自屏蔽线圈包裹磁场传感器，实现检测信号中线圈磁场的实时完全屏蔽，提高检测探头的动态范围，同时有效调控被测体内部入射磁场在深度方向的分布，提高内部深层缺陷的相对响应大小，配合环形磁场梯度传感器阵列进行缺陷轮廓识别，实现高精度的缺陷三维立体成像检测。本发明所提供的高动态自屏蔽脉冲涡流检测探头及缺陷检测方法，结合缺陷深度定量评估和缺陷轮廓识别，能够高精度的缺陷三维立体成像检测，具有重要的工程应用价值。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高动态自屏蔽脉冲涡流检测探头，所述脉冲涡流检测探头包括一个外部盘式激励线圈1、一个内部覆盆式有源自屏蔽线圈、一个高精度磁场传感器3和一组环形磁场梯度传感器阵列4；外部盘式激励线圈1轴截面为矩形，内部覆盆式有源自屏蔽线圈2轴截面上下底边等长平行，内外侧边为指数曲线，侧边曲线及表达式如图3所示；外部盘式激励线圈1和内部覆盆式有源自屏蔽线圈2同轴放置，外部盘式激励线圈1和内部覆盆式有源自屏蔽线圈2与外部电源的连接方式为反向串联；高精度磁场传感器3位于探头底部轴心处；环形磁场梯度传感器阵列4位于探头底部并位于外部盘式激励线圈1和内部覆盆式有源自屏蔽线圈2之间；外部盘式激励线圈1、内部覆盆式有源自屏蔽线圈2、高精度磁场传感器3和环形磁场梯度传感器阵列4底部位于同一水平位置。

所述脉冲涡流检测探头在加电驱动情况下，外部盘式激励线圈1和内部覆盆式有源自屏蔽线圈2中电流等大反向，外部盘式激励线圈1产生大范围正向入射磁场，内部覆盆式有源自屏蔽线圈2产生局部反向屏蔽磁场；反向屏蔽磁场在高精度磁场传感器3处与正向入射磁场相互抵消，在环形磁场梯度传感器阵列4下方形成局部匀强磁场，在被测体内部能够有效平衡正向入射磁场在深度方向的分布；高精度磁场传感器3所拾取的磁场信息仅为被测体内部涡流磁场的垂直分量，环形磁场梯度传感器阵列4仅在缺陷处存在信号响应。